基于直接调制DPSSL和MIMO-OFDM的水下无线光通信系统研究
批准号:
61671409
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
徐敬
依托单位:
学科分类:
海上和水下通信
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈家旺、吴叶舟、孔美巍、吕伟超、荆丹翔、王冠宇、陈一菲、孙斌、Ali Tariq
中文摘要
如何高效地产生高速、大功率的绿光信号是水下无线光通信(UWOC)的技术难点。二极管泵浦固体激光器(DPSSL)具有高功率、高光束质量、工作稳定等优点,但调制带宽低,其直接调制能力长期被忽视。本项目提出直接调制DPSSL(DM-DPSSL)这一新概念,并通过正交频分复用(OFDM)、多输入多输出(MIMO)等技术提高系统传输速率与鲁棒性。从速率方程和基本电磁理论出发,针对制约DPSSL调制带宽的因素及基于MIMO-OFDM技术的应对策略进行深入的理论与实验研究,揭示DM-DPSSL工作机理以及与MIMO-OFDM技术有机结合的一般规律。探索水体参数变化对光信号传输的影响机理,提出动态环境下典型海水信道的理论模型及对基于DM-DPSSL和MIMO-OFDM的UWOC系统进行仿真分析和系统设计的一般方法。实验验证所设计的UWOC系统在干净海水中可传输100 m以上,速率达1 Gb/s以上。
英文摘要
The elegant generation of high-speed and high-power green-light signals is a technical challenge in the field of underwater wireless optical communication (UWOC). Diode-pumped solid-state lasers (DPSSLs) feature high power, good beam quality and strong robustness. However, the feasibility of directly modulating a DPSSL has long been ignored, due to its narrow modulation bandwidth. In this project, we propose a novel concept of directly modulated DPSSL (DM-DPSSL). In order to improve the bit rate and robustness of the UWOC system, orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) and multiple-input multiple-output (MIMO) technologies are adopted. Starting from laser rate equations and basic electromagnetic theories, we will conduct a comprehensive study on the major limiting factors of the DPSSL’s modulation bandwidth as well as the possible solutions based on MIMO-OFDM technologies. The study will reveal the underlying working principles of a DM-DPSSL and the general rules of applying MIMO-OFDM on a DM-DPSSL. We will further study the impact of different parameters of water on the high-speed optical signal generated by the DM-DPSSL, and build theoretical models of a variety of typical UWOC channels. We will achieve a general rule on the simulation and design of a UWOC system based on DM-DPSSLs and MIMO-OFDM. We will experimentally demonstrate that the designed UWOC system can realize a 100-m or above transmission in clean sea water at a bit rate of 1 Gb/s or above.
当今社会,全球粮食、资源、能源短缺与全球人口快速增长之间的矛盾日益突出,使得开发利用海洋资源成为历史发展的必然。海洋探测、海底监测和海洋开发的需求日益增加,促进了水下无线通信技术的进一步发展。与其它水下通信方式相比,水下无线光通信(UWOC)技术除了在传输速率和安全性方面占据优势外,还具有延时低、体积小、耗能低等特点。这些优点使其在某些水下特殊通信场景中的应用越来越多,如需要高速数据传输的动态节点之间的通信。如何高效地产生高速、大功率的绿光信号是水下无线光通信的技术难点。二极管泵浦固体激光器(DPSSL)具有高功率、高光束质量、工作稳定等优点,但调制带宽低,其直接调制能力长期被忽视。本项目通过正交频分复用(OFDM)、多输入多输出(MIMO)等数字信号处理技术提高DPSSL的调制速率与系统鲁棒性。从速率方程和基本电磁理论出发,针对制约DPSSL调制带宽的因素进行了深入的理论与实验研究,揭示了DM-DPSSL工作机理以及与MIMO-OFDM技术有机结合的一般规律,为实现长距离UWOC打下了基础。在研究水体参数变化对光信号传输影响机理的基础上,建立了典型海水信道的理论模型。在完成该项目的过程中,项目负责人以第一/通信作者发表SCI论文24篇,其中的14篇论文中,该项目为第一标注。
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10-m 9.51-Gb/s RGB laser diodes-based WDM underwater wireless optical communication
基于 10 米 9.51 Gb/s RGB 激光二极管的 WDM 水下无线光通信
DOI:
10.1364/oe.25.020829
发表时间:
2017-08-21
期刊:
OPTICS EXPRESS
影响因子:
3.8
作者:
[Kong, Meiwei, Lv, Weichao, Xu, Jing]
通讯作者:
Xu, Jing
DOI:
10.1016/j.ijleo.2018.08.128
发表时间:
2018-12
期刊:
Optik
影响因子:
3.1
作者:
[WeiChao Lyu, Yang Qiu, Jun Han, Ning Deng, Jing Xu]
通讯作者:
Jing Xu
DOI:
10.1016/j.optcom.2017.03.055
发表时间:
2017-08
期刊:
Optics Communications
影响因子:
2.4
作者:
[Xu Jing, Sun Bin, Kong Meiwei, Lin Aobo, Sarwar Rohail, Han Jun, Zhang Wei, Deng Ning]
通讯作者:
Deng Ning
Directly modulated green-light diode-pumped solid-state laser for underwater wireless optical communication
用于水下无线光通信的直接调制绿光二极管泵浦固体激光器
DOI:
10.1364/ol.42.001664
发表时间:
2017
期刊:
OPTICS LETTERS
影响因子:
3.6
作者:
[Xu Jing, Kong Meiwei, Lin Aobo, Song Yuhang, Han Jun, Xu Zhiwei, Wu Bo, Gao Shiming, Deng Ning]
通讯作者:
Deng Ning
DOI:
10.1016/j.optcom.2017.05.077
发表时间:
2017
期刊:
Optics Communications
影响因子:
2.4
作者:
[Xu Jing, Sun Bin, Lyu Weichao, Kong Meiwei, Sarwar Rohail, Han Jun, Zhang Wei, Deng Ning]
通讯作者:
Deng Ning
共 24 条
基于多维信号处理的高速长距离水下无线光通信系统研究
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批准号:Z25F050021
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:徐敬
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依托单位:
基于多像素光子计数器和二维分集接收的长距离水下激光通信系统研究
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批准号:61971378
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2019
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负责人:徐敬
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依托单位:
基于自相干正交频分复用的长距离波分复用无源光网络研究
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批准号:61301141
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2013
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负责人:徐敬
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依托单位:
国内基金
海外基金